Estado actual y perspectivas de la imagen molecular PET en México / Current status and perspectives of PET molecular imaging in Mexico

Resumen La tomografía por emisión de positrones (PET) es una técnica de diagnóstico médico mediante la cual se obtienen imágenes funcionales a partir de registrar la biodistribución espacio-temporal de radiofármacos específicos dirigidos a blancos moleculares específicos, proveyendo información bioquímica a nivel molecular. A principios de la primera década de este siglo XXI, la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autónoma de México implementó esta técnica de diagnóstico en México, convirtiéndose en pionera en aplicaciones PET en el país y Latinoamérica. Casi dos décadas después, la PET se ha convertido en una herramienta esencial en la clínica médica. En este artículo se describen los antecedentes, el estado actual, las perspectivas de la imagen molecular PET en México y el impacto que ha tenido en el manejo de pacientes con enfermedades oncológicas, neurológicas y cardiológicas.

Abstract Positron-emission tomography (PET) is a medical diagnostic technique by means of which functional images are obtained by recording the spatio-temporal biodistribution of specific radiopharmaceuticals targeted at specific molecular objectives, which provides biochemical information at the molecular level. Early in the first decade of this 21st century, the Faculty of Medicine of the National Autonomous University of Mexico acquired the technology to implement this diagnostic technique in Mexico, thus becoming a pioneer in PET applications in the country and in Latin America. Almost two decades after its implementation in Mexico, PET has become an essential tool in medical clinics. This article describes the background, current state and perspectives of PET molecular imaging in Mexico, and the impact it has had on the management of patients with oncological, neurological and heart diseases.

Investigación preclínica por microPET en la UNAM / Pre-clinical research at UNAM using microPET

La tomografía por emisión de positrones (PET) es una técnica de imágenes de medicina nuclear ya establecida en México, fundamental en el diagnóstico y seguimiento clínico de enfermedades oncológicas, neurológicas y cardiológicas. Esta modalidad de imagenología molecular está basada en la administración de cantidades muy pequeñas de fármacos marcados con emisores de positrones y en la subsecuente detección de radiación con el fin de obtener imágenes tomográficas que reflejan la distribución del radiofármaco en el paciente. El desarrollo de nuevos radiofármacos para PET requiere de un método para verificar que éstos siguen las rutas metabólicas de interés, que su vida media biológica es suficiente para la realización de un estudio, que no tienen efectos adversos y que es viable para estudios en pacientes. El desarrollo de equipos de microtomografía por emisión de positrones (microPET), dedicados a estudiar animales de laboratorio, ha permitido realizar estas pruebas antes de su aplicación clínica. Además, el microPET es una herramienta de gran utilidad en la investigación preclínica de diversas enfermedades, en el desarrollo de tratamientos innovadores que permite el seguimiento no invasivo en modelos animales. En la Unidad PET/CT-Ciclotrón de la Facultad de Medicina de la UNAM, se cuenta desde hace unos años con un equipo microPET para investigación. En este trabajo se muestran algunos resultados de los estudios que se realizan con mayor frecuencia con el microPET utilizando los radiofármacos de mayor uso en el medio clínico y se muestra la utilidad que puede tener en diversos proyectos de investigación.

Positron emission tomography (PET) is a nuclear medicine imaging technique well established in Mexico, essential for the clinical diagnosis and follow-up of oncological, neurological and cardiac pathologies. This molecular imaging modality is based on the administration of small amounts of drugs labeled with a positron emitting radionuclides and the subsequent radiation detection to obtain tomographic images which reflect the distribution of the radiopharmaceutical in the patient. The development of new radiopharmaceuticals for PET requires a method to verify that they follow the expected metabolic pathways, that they have a long-enough biological half-life for imaging studies, that they have no side effects and that it is viable for use in patients. The development of positron emission microtomography (microPET) systems to be used in small laboratory animale has allowed researchers to perform these tests on radiopharmaceuticals before being used in the clinic. In addition, microPET is a useful tool in preclinical research of different diseases in the development of innovating non-invasive treatments allowing to follow up animal models. At the PET/CT-Ciclotron Unit, Facultad de Medicina, UNAM, a microPET system has been available in the last few years for research purposes. In this work, examples of frequent imaging studies performed with the microPET and in-the-clinic commonly-used radiopharmaceuticals, as well the use it may have in different research projects are shown here.

Modelo de evaluación de metabolismo y perfusión en el miocardio de rata mediante 18F-FDG, 1-11C-acetato, 13N-amoniaco y micro-tomografía por emisión de positrones (micro PET) / Cardiac metabolism and perfusion evaluation in a rat model using 18F-FDG,1- 11C-acetate, 13NH3 and micro-positron emission tomography (microPET)

Objetivos: Estandarizar un protocolo de adquisición para el estudio del metabolismo glucolítico, oxidativo y de perfusión miocárdicos en un modelo de rata. Métodos: Se realizaron estudios con los tres principales radiotrazadores usados para evaluar la función cardiaca: 18F-FDG para evaluar el metabolismo glucolítico en tres protocolos distintos; 1-11C-acetato para el metabolismo oxidativo y 13NH3 para la perfusión cardiaca. (18F-FDG)- cinco ratas Wistar macho en tres diferentes protocolos: con acceso a libre demanda de comida y agua; con ayuno de ocho horas y con ayuno de ocho horas más carga oral de glucosa al 50%. Se adquirieron imágenes del área torácica durante 30 minutos mediante microPET; 30 y 60 minutos post-administración de 370 - 555 MBq de 18F-FDG vía IP. (1-11C-acetato)- Se estudiaron ocho ratas. Cuatro estudios estáticos de 30 minutos y cuatro adquisiciones dinámicas de 30 minutos tras administración de 370 - 555 MBq de1-11C-acetato por vena caudal.(13NH3)- 10 estudios estáticos de 15 minutos después de una dosis IV de 370 - 555 MBq de 13NH3, bajo anestesia inhalada con isofluorano a 1.5% a 2%. Se realizó análisis comparativo y cualitativo de todas las imágenes obtenidas por dos médicos especialistas en el área y un análisis semi-cuantitativo mediante reconstrucciones 3D y selección de ROIs con el programa AMIDE en el caso de 18F-FDG. Resultados: Se determinó que las mejores imágenes para fines de evaluación metabólica del miocardio fueron las correspondientes a los 60 minutos post-administración de la 18F-FDG del protocolo sin ayuno. Se visualizó sin problemas el miocardio de rata de las imágenes estáticas con 1-11C-acetato, y mediante adquisición dinámica, se pudo apreciar la perfusión miocárdica. Las imágenes con 13NH3 permitieron observar una distribución homogénea del radiotrazador en los diferentes segmentos del ventrículo izquierdo en el eje corto, eje largo vertical y eje largo horizontal. Conclusiones: Se logró la estandarización de protocolos de adquisición de imágenes de los tres principales radiotrazadores utilizados para el estudio del metabolismo y perfusión cardiacos, en un modelo animal. Es factible establecer un protocolo válido para la valoración de perfusión, metabolismo glucolítico y oxidativo miocárdicos, con el fin de utilizarlo como punto de referencia para la evaluación de terapias génica, farmacológica o quirúrgica a nivel experimental.

Objective: To standardize an acquisition protocol for the study of myocardial glucolitic and oxidative metabolism and perfusion in a rat model. Methods: Studies were carried out with the three main radiopharmaceuticals used to assess heart function:[18F]-FDG for glucolitic metabolism; [1-11C]-acetate for oxidative metabolism and [13N]-NH3for myocardial perfusion.[18F]-FDG -Five Wistar adult male rats were studied in three different protocols: non-fasting group, fasting group,8 h before the study with water provided ad libitum, and a fasting group by the same time receiving an oral 50%-glucose solution. Thirty-minute scans were performed with a microPET Focus 120, 30 and 60 min after the administration of 370-555 MBq 18F-FDG. [1-11C]-Acetate -Eight rats were studied. Four static and four dynamic 30 min acquisitions after a 370-555 MBq of [1-11C]-acetate caudal vein administration.[13N]-NH3-Ten static studies were acquired 15 min post-administration of 370555 MBqof13NH3, under 1.5-2% isofluorane anesthesia. Comparative and visual analyses were performed by two experts in the field. A semi-quantitative analysis was performed using 3D reconstructions and ROI selections with AMIDE software. Results: The best images were those obtained from the non-fasting group, especially those taken at 60 min after the [18F]-FDG administration. High quality myocardial, static images were obtained with [1-11C]-acetate, and the dynamic acquisitions allowed the identification of myocardial perfusion. The 13NH3images showed a homogeneous distribution of the radiotracer in different segments of the short, long and horizontal axes in the left ventricle. Conclusions: It is possible to standardize the microPET acquisition protocols for the three main radiopharmaceuticals to evaluate the heart function in a rat model. It is feasible to establish a valid protocol for measuring glucolitic and oxidative myocardial metabolism and perfusion for gene, drug or surgical therapy assessment.